FR2839291A1 - Direction electrique active - Google Patents
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Abstract
Système de direction électrique pour véhicule dont toutes les roues sont directrices, l'angle de braquage étant imposé individuellement et sélectivement sur chacune des roues directrices par un actionneur électrique dédié, comportant un contrôleur de trajectoire déterminant pour chacune des roues directrices un angle de braquage, dans lequel le contrôleur de trajectoire, à partir de l'angle au volant imposé par le conducteur du véhicule et de la vitesse de déplacement longitudinal du véhicule, détermine la position spatiale du centre instantané de rotation et calcule l'angle de braquage de chacune des roues de façon à ce que le plan de la roue se présente perpendiculairement à la ligne reliant le centre de la roue considérée au centre instantané de rotation du véhicule Ω.
Description
de coussin gonflable de securite (5).
La presente invention se rapporte a la commande de changement de trajectoire d'un vehicule automobile. Dans l'etat actuel de la technique, la commande de direction d'un vehicule automobile de tourisme se fait la plupart du temps au moyen d'un volant. Le conducteur agit par rotation sur le volant dans un sens ou dans l'autre pour orienter le vehicule dans une direction ou dans une autre. De cette fa,con, le conducteur confere un mouvement de lacet au vehicule. Par ailleurs, il se developpe de plus en plus des moyens de commande electrique pour ['ensemble des actionneurs d'un vehicule automobile, et notamment la direction. Cette technologie est connue
sous ['appellation anglo-saxonne << steer by wire >>.
La technologie de commande d'actionneurs par liaison electrique consiste a remplacer les liaisons a l'heure actuelle en general hydrauliques ou mecaniques entre la commande et les actionneurs. Ainsi par exemple, en ce qui concerne la direction des vehicules automobiles, on va substituer a la commande mecanique, assistee ou non, existent entre le volant et les roues directrices, la chame suivante. La commande de direction a la disposition du conducteur du vehicule peut etre un volant traditionnel ou une manette du genre manche a balais. Au niveau des roues, il existe un actionneur electrique, de preference individual roue par roue. Les ordres imprimes par le conducteur du vehicule sur son moyen de commande vent envoyes aux actionneurs par une liaison electrique, ['ensemble etant place sous le controle d'un controleur de trajectoire charge de programmes adequate afin de pouvoir piloter les actionneurs de facon appropriee. L'avantage de cette technologie est qu'elle se marie de facon ideale avec les progres de l'electronique, qui permettent des asservissements de plus en plus sophistiques et qui permettent de placer le braquage des roues non seulement sous le controle de la commande manuelle mais aussi sous le controle d'un systeme de securite. Ainsi par exemple, on peut imprimer aux roues directrices un angle qui tient non seulement compte de la commande du conducteur du vehicule,
3 0 mais qui tient egalement compte de parametres dynamiques observes sur le vehicule.
Lorsqutun conducteur souhaite changer la trajectoire de son vehicule, cela peut repondre a deux besoins de nature assez differente. Le premier besoin est de prendre un virage et, dans ce cas, il
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- 2 est necessaire d'imprimer une acceleration de lacet au vehicule, suivie d'une phase ou la vitesse de lacet varie peu, puis une deceleration de lacet en sortie de virage, afin d'obtenir une direction
de deplacement differente apres la manceuvre par rapport a ce qu'elle etait avant la manccavre.
Lorsqu'il stagit de depasser un vehicule sur une route ou une autoroute, on salt que le conducteur agit sur le volant pour imposer un leger virage a gauche pour les pays dans lesquels on circule a droite, puis immediatement apres un leger virage a droite lorsque le vehicule s'est deplace transversalement de fa,con suffisante; enfin, lorsque la manceuvre de depassement s'acheve, a nouveau un leger virage pour de nouveau changer ['orientation du vehicule afin de se rapprocher de la bande de circulation initiale, et enfin un quatrieme leger virage. On constate done que, pour 1 0 pouvorr effectuer une manceuvre de depassement, il est necessaire d' imposer deux accelerations transversales au vehicule au moyen de quatre accelerations de facets. Or en fait, senles les
accelerations transversales vent utiles en manceuvre de depassement en ligne droite.
La presente invention a done pour objectif de proposer un systeme de direction electrique pour vehicule dont toutes les roues vent directrices, I'angle de braquage etant impose individuellement et selectivement sur chacune des roues directrices par un actionneur electrique dedie, comportant un organe de commande de trajectoire du vehicule a la disposition au moins du conducteur, comportant un controleur de trajectoire determinant pour chacune des roues directrices un angle de braquage en fonction au moins d'un signal delivre par l'organe de commande de trajectoire du vehicule et assurant la coherence entre la trajectoire demandee par 1'organe de commande et la trajectoire effective. Wile a aussi pour objectif, independamment de l'objectif precedent, de mettre a la disposition du conducteur du vehicule une commande specifique, permettant de provoquer une translation transversale du vehicule a cap constant, cette commande etant independante de la commande de changement de direction du vehicule. L' obj ectif poursuivi est de proposer une commande qui soit aussi peu deroutante que possible pour un conducteur deja habitue a utiliser un volant pour changer la trajectoire de son vehicule, tout en apportant un
potentiel de progres.
C'est pourquoi la presente invention conserve l'utilisaton d'un premier organe du genre << volant >> pour imprimer des changements de direction au vehicule. Les commandes de changement de drection du vehicule se font de fa,con conventionnelle, c'est-a-dire en imprimant une rotation a ce premier organe. Afin de decoupler la commande de translation transversale du vehicule a cap constant de la commande de changement de direction du vehicule, la presente
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invention propose d'equiper le dispositif de commande d'un second organe specifique pour
imprimer au veh icu le un dep lacement transversal sans lacet.
Le dispositif de commande de l' invention est decrit plus en detail au moyen des figures suivantes, sur lesquels: Ia figure 1 est un schema illustrant un changement de trajectoire avec mouvement de lacet; À la figure 2 est un schema illustrant un changement de trajectoire a cap constant; À Ia figure 3 montre un dispositif de commande installe dans 1'habitacle d'un vehicule; À Ia figure 4 est un schema montrant plus en details 1'agencement d'un mode de realisation du
dispositif de commande.
A la figure 3, on volt un siege conducteur 1, un tableau de bord 2 et le dispositif de commande de la trajectoire 3 propose par 1'invention. On volt une partie centrale 30 reliee a un arbre 33 (voir figure 4), la partie centrale 30 pouvant contenir un sac gonflable comme les volants de direction usuels. De part et d'autre de cette partie centrale 30 et reliees a celle-ci, on volt deux branches 31G et 31D, prolongees par deux poignees 32G et 32D, disposees a une certaine
distance de l'arbre rotatif 33 et de fa,con sensiblement symetrique par rapport a celui-ci.
A la figure 4, on volt que 1'arbre rotatif 33 est pourvue d'au moins un capteur 34 d'angle de rotation et d'un moyen de rappel 35 en position ligne droite. Un caisson 36 appartenant a la structure rigide 10 du vehicule se termine par une embase 37, I'embase formant paliers pour un axe 38 monte rotatif sur les extremites de 1'embase 37. Cet axe 38 est par ailleurs solidaire de l'arbre d'un fourreau 39 a 1'interieur duquel est monte l'arbre rotatif 33, a rotation libre par rapport au - fourreau 39. Enfin, une biellette 4 equipee d'un capteur d'effort
d'extensionlcompression relic le fourreau 39 au caisson 36.
Pour prendre un virage, ['action du conducteur est identique a ce qu'il ferait avec un vehicule de tourisme existent de nos jours. II fait tourner les poignees 32G et 32D dans le sens des aiguilles d'une montre pour tourner a droite, et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour tourner a gauche, comme schematise par les fleches F1. La rotation possible est d'angle limite a une valeur tres inferieure a +90 ou -90 . La rotation couvre par exemple la gamme allant de -30 a +30 Les poignees 32G et 32D constituent essentiellement le premier organe de commande. Les poignees 32G et 32D constituent un levier d' action fort comparable a un volant Pl0-1400-FR2 - 4 traditionnel auquel le conducteur imprime une variation d' angle correspondent a une demande de
variation de la vitesse de lacet.
Le dispositif de commande a la disposition du conducteur-comporte un second organe permettant d'agir sur la trajectoire du vehicule, grace auquel il peut exprimer une demande de deplacement
transversal a cap constant.
Dans une premiere variante de realisation, ce second organe comporte au moins un capteur d'effort agence pour detecter une sollicitation tendant a peser sur lesdites poignees autour d'un axe de basculement sensiblement perpendiculaire a 1'arbre rotatif, ledit axe de basculement etant sensiblement compris dans le plan de symetrie du premier organe. Dans ce cas, I'arbre 33 est dispose plutot horizontalement, c' est a dire comme la colonne de direction des vehicules de
tourisme courants.
Le conducteur impose aux poignees 32G et 32D un effort de basculement comme schematise par les fleches F2, par exemple un effort tendant a eloigner la poignee 32G pour deplacer transversalement le vehicule vers la gauche tout en maintenant son orientation longitudinale inchangee, et un effort tendant a eloigner la poignee 32D pour deplacer transversalement le vehicule vers la droite tout en maintenant son orientation longitudinale inchangee. Selon une premiere possibilite, cet effort ne provoque aucun deplacement, mais il y a de preference un seuil
minimal a depasser avant d'agir sur la trajectoire. Cet effort est mesure par le capteur 40.
II y a d'autres possibilites de mise en ceuvre. On peut par exemple configurer la commande pour qu'il y ait un leger deplacement, notamment au dela d'un certain seuil pendant que la commande
est active.
Dans le cas d'une translation transversale, la commande imprime par le conducteur (fleches F2) est traduite de facon a ce que toutes les roues du vehicule braquent dans la meme direction et du meme angle. De cette fa, con, 'on evite d' imposer au vehicule des accelerations de lacet inutiles pour la manceuvre et d'autant plus prejudiciables que 1'inertie de lacet du vehicule est importante. II en resulte une reduction de l'usure des pneus. Un vehicule ainsi equipe passe bien plus facilement le test dit << de ['elan >>. C'est l'avantage apporte par la double commande - agissant separement sur la mise en lacet et sur le deplacement transversal pun
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- 5 Les ordres imprimes par le conducteur du vehicule sur son moyen de commande, aussi bien la rotation schematisee par les fleches F1 que 1'effort de basculement comme schematise par les fleches F2, vent envoyes a un controleur de trajectoire (non represente) charge de programmes adequate afn de pouvoir piloter les actionneurs electriques au niveau des roues, de preference individuellement roue par roue. De preference, la demultiplication entre la rotation des poignees 32G et 32D (commande selon les fleches F1) et le braquage des roues est variable en fonction de la vitesse de deplacement longitudinale du vehicule, ce que le controleur de trajectoire peut
aisement prendre en compte.
Bien entendu, afin de pouvoir effectuer un deplacement transversal sans lacet (commande schematisee par les fleches F2), il convient que toutes les roues du vehicule soient directrices, afin de pouvoir les braquer toutes du meme angle, aux derives des pneus pres. A titre purement illustratif, soulignons que la technologie decrite dans la demande de brevet EP 0 878 332 et la demande de brevet EP 0 878 378 se prete aisement a construire un vehicule dont toutes les roues vent directrices. Plus generalement, afin de pouvoir mettre en oeuvre ['invention, le pre- requis est d'installer au moins un actionneur pour braquer les roues sur chaque essieu. Chaque essieu peut comporter une liaison mecanique entre roues directrices, du genre cremaillere de direction, et le coulissement de celle-ci est controle par un seul actionneur electrique. On peut aussi installer un actionneur electrique sur chaque roue pour commander 1'angle de braquage individuellement sur chaque roue, la coherence des braquages individuals en fonction de la trajectoire souhaitee pour
le vehicule e.ant alors assuree par ledit contrGleur de trajectoire.
Bien entendu, aux ordres imprimes par le conducteur du vehicule sur son moyen de commande, le controleur de trajectoire peut superposer des eventuels correctifs determines par une fonction de controle de la trajectoire comme celle procuree par un systeme ESP, et determine ['angle de braquage aux roues en consequence. Dans ce cas, I'angle de braquage comporte une composante resultant des ordres imprimes par le conducteur du vehicule sur son moyen de commande et une
composante de correction.
. En deplacement a vitesse soutenue, le pilote exprime des demandes de changement de trajectoire avec ou sans variation de la vitesse de lacet, les deux pouvant bien entendu etre combines par
exemple pour un depassement dans un virage.
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- 6 En variante du capteur d'effort, le second organe pourrait comporter une gachette sensitive sur chaque poignee, par exemple actionnable par les pouces, actionnant l'une le deplacement transversal a cap constant dans un sens et l'autre le deplacement transversal a cap constant dans 1'autre sees, en fonction de 1'amplitude de la pression exercee sur la gachette. Dans cette
variante, I'orientation de l'arbre 33 n'a pas necessairement les limites indiquees ci-dessus.
Il est important de pouvoir tenir compte de lteducation des conducteurs de vehicules automobiles. La presente invention permet d'offrir une latitude de commande des trajectoires supplementaire tout en maintenant le moyen usuel de commander le changement de direction du vehicule. Ainsi, le conducteur non habitue a cette commande supplementaire pourra tres bien ne pas sten servir et agir seulement en imprimant des rotations au volant. De plus, on peut
s'habituer progressivement a cette commande supplementaire.
Dans un systeme de direction electrique pour un vehicule a roues directrices multiples, de preference, il y a un actionneur pour chaque roue directrice. Un controleur permet d' imposer selectivement un angle de braquage approprie a chacune des roues directrices en fonction au moins de la position de ladite roue directrice sur le vehicule, de la vitesse du vehicule et du
changement de trajectoire demande.
La figure l illustre le cas d'un mouvement de lacet a une vitesse soutenue. On repere sur le vehicule la roue directrice avant gauche lAvG, la roue directrice avant droite lAvD, la roue directrice arriere gauche lArG et la roue directrice arriere droite lArD. On salt que pour maintenir une bonne stabilite du vehicule, il est utile de faire braquer les roues arriere dans le
meme sens que les roues avant, mais d'un angle ctA,GL plus faible que ['angle O!-AVG(L) a ['avant.
De facon generale, le controleur de trajectoire assurant la commande de ['angle de braquage selectivement roue par roue peut, a partir de ['angle au volant impose par le conducteur du vehicule et de la vitesse de deplacement longitudinal du vehicule, determiner la position spatiale du centre instantane de rotation ideal pour le vehicule. Ce centre instantane de rotation est identifie par le point Q. A partir du moment ou ce centre instantane de rotation est choisi, en le reliant au centre de chacune des roues directrices, on peut calculer ['angle de braquage de chacune des roues de fa,con a ce que le plan de la roue se presente perpendiculairement a la ligne reliant le centre de la roue consideree au centre instantane de rotation du vehicule Q. Le
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controleur de trajectoire est charge des programmes adequate pour effectuer ce calcul. A la derive des pneus pres, le vehicule tourne autour du centre instantane de rotation du vehicule Q. Le centre instantane de rotation du vehicule Q est en permanence calculee de fa,con dynamique,
en fonction des conditions de conduite (vitesse du vehicule, vitesse de lacet,...).
Enfin, la figure 2 illustre le cas d'un changement de trajectoire par deplacement transversal a cap
constant. On volt cette fois que toutes les roues braquent du meme angle a(T).
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- 8
Claims (7)
1. Systeme de direction electrique pour vehicule dont toutes les roues vent directrices, ['angle de braquage etant impose individuellement et selectivement sur chacune des roues directrices par un actionneur electrique dedie, comportant un organe de commande de trajectoire du vehicule a la disposition au moins du conducteur, comportant un controleur de trajectoire determinant pour chacune des roues directrices un angle de braquage en fonction au moins d'un signal delivre par l'organe de commande de trajectoire du vehicule et assurant la coherence entre la trajectoire demandee par ltorgane de commande et la trajectoire effective.
2. Systeme selon la revendication 1 dans lequel, aux ordres imprimes par le conducteur du vehicule sur son moyen de commande, le controleur de trajectoire superpose des eventuels correctifs determines par une fonction de contrGle de la trajectoire et determine 1'angle de braquage aux roues qui comporte une composante resultant des ordres imprimes par le
conducteur du vehicule sur son moyen de commande et une composante de correction.
3. Systeme selon la revendication l dans lequel le controleur de trajectoire, a partir de ['angle au volant impose par le conducteur du vehicule et de la vitesse de deplacement longitudinal du vehicule, determine la position spatiale du centre instantane de rotation et calcule ['angle - de braquage de chacune des roues de facon a ce que le plan de la roue se presente perpendiculairement a la ligne reliant le centre de la roue consideree au centre instantane de rotation du vehicule Q.
4. Systeme selon la revendication 1, comportant un dispositif de commande pour agir sur la trajectoire du vehiculele dispositif comprenant un premier organe de commande pour imprimer un mouvement de lacet au vehicule, le premier organe comportant essentiellement un arbre rotatif (33) solidaire de deux poignees (32G, 32D) disposees a une certaine distance de l'arbre rotatif et de facon sensiblement symetrique par rapport a celui-ci, ledit arbre rotatif etant pourvu d'au moins un capteur d'angle de rotation (34) et d'un moyen de rappel en - position ligne droite (35), et comportant un second organe pour imprimer au vehicule un
deplacement transversal sans lacet.
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5. Systeme selon la revendication 4 dans lequel le second organe comporte au moins un capteur d'effort (40) agence pour detecter une sollicitation tendant a basculer lesdites poignees autour d'un axe de basculement perpendiculaire a l'arbre rotatif, ledit axe de basculement etant sensiblement compris dans le plan de symetrie du premier organe.
6. Systeme selon la revendication 4 dans lequel le second organe comporte essentiellement une gachette sensitive sur chaque poignee, actionnant l'une le deplacement transversal dans un
sens et l'autre le deplacement transversal dans l'autre sees.
7. Systeme selon la revendication 4 dans lequel le premier organe a la forme d'un volant au
moins partiellement.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| FR0205662A FR2839291A1 (fr) | 2002-05-03 | 2002-05-03 | Direction electrique active |
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|---|---|---|---|
| FR0205662A FR2839291A1 (fr) | 2002-05-03 | 2002-05-03 | Direction electrique active |
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|---|---|---|---|
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